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Flammensynthese kleinster Partikel: Modellierungsstrategien für die Partikelproduktion in turbulenten, reaktiven Strömungen

微小颗粒的火焰合成：湍流、反应流中颗粒产生的建模策略

基本信息

批准号：
200341289
负责人：
Professor Dr. Andreas Kronenburg
金额：
--
依托单位：
Institut für Technische Verbrennung (ITV)
依托单位国家：
德国
项目类别：
Research Grants
财政年份：
2011
资助国家：
德国
起止时间：
2010-12-31 至 2017-12-31
项目状态：
已结题

来源：
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/200341289?language=en
关键词：
Flammensynthese kleinster Partikel Modellierungsstrategien die

项目摘要

Die Simulation der Partikelsynthese in turbulenten Flammen sollte vielfältige Prozesse wie Partikelnukleation, Wachstum, Chemie, Turbulenz und ihre Interaktionen umfassen. Oft werden jedoch viele der Wechselwirkungen vernachlässigt, und der vorliegende Antrag wird sich nun in erster Linie mit den Einflüssen der Turbulenz auf Keimbildung, Wachstum und Chemie befassen. Für industrienahe Anwendungen ist die derzeit wohl vielversprechendste Methode für eine detailgetreue numerische Simulation instationärer, turbulenter Strömungen die Large-Eddy-Simulation (LES oder Grobstrukturanalyse). Wechselwirkungen zwischen Turbulenz, Chemie und Partikel sind in einer LES Feinstrukturprozesse, die auf dem Rechengitter nicht aufgelöst werden und deshalb modelliert werden müssen. Die Feinstrukturprozesse sind zudem experimentell extrem schwer zu erfassen, und Modelle, die eine deterministische Implementierung der relevanten Erhaltungsgleichungen erfordern würde, sind weitestgehend unbekannt. Deshalb bieten sich stochastische Ansätze für die Lösung der Transportgleichung für die Teilchenzahl (population balance equation (PBE) oder generalized dynamic equation (GDE)) an, da hier die Interaktionen zwischen Teilchen und der Chemie in geschlossener Form vorliegen. Eine Implementierung mit Hilfe einer “stochastic fields” oder einer gewöhnlichen partikelbasierten PDF/Monte Carlo Methode ist jedoch extrem rechenaufwändig. Aus diesem Grunde ist eine LES auch noch nie für die Simulation einer Partikelflammensynthese benutzt worden. Anknüpfend an jüngste Fortschritte in der Verbrennungs-LES werden im Rahmen dieses grundlagenorientierten Projekts eine “sparse particle” Multiple Mapping Conditioning (MMC) Methode für die Partikelsynthese weiterentwickelt und eine quantitative Analyse der wechselwirkenden Prozesse Turbulenz, Partikelbildung, Partikelwachstum und Verbrennung angestrebt. LES-MMC verspricht im Vergleich zu LES-PDF/Monte Carlo Methoden eine potentielle Reduktion der Simulationszeiten um etwa zwei Größenordnungen, und die LES einer Partikelsynthese erscheint somit erstmals realisierbar. Zwei Konfigurationen sollen untersucht werden: Aufgrund unzureichender experimenteller Daten sollen die neuen Modelle mit Hilfe einer direkten numerischen Simulation (DNS) einfacher Scherströmungen validiert werden. In der zweiten Antragsphase werden Siliziumdioxid Partikel in einer Flammensynthese hergestellt, und die gewählte Konfiguration lässt einen starken Einfluss der Turbulenz und Temperaturschwankungen auf die Partikelmorphologie erwarten. Dies ermöglicht eine Validierung einer Modellierung, die auch Form und Morphologie der Partikel berücksichtigt.

火焰中的粒子合成模拟包括粒子核化、Wachstum、化学、湍流和它们的相互作用。通常，韦尔登会看到很多的水蒸气泄漏，而前级的Antrag会在第一条线上受到湍流对工业、水和化学的影响。Für industrienahe Anwendungen ist die derzeit wohl vielversprechendste Methode für eine detailgetreue numerische Simulation instationärer，大涡模拟（LES oder Grobstrukturanalyse）的数值模拟方法。湍流、化学和Partikel的相互作用属于一个LES Feinstrukturprozesse，在重新设计时，不需要增加韦尔登和建立韦尔登模型。Feinstrukturprozesse sind zudem experimentell extreme schwer zu erfassen，und Modelle，die eine deterministische Implementierung der relevanten Erhaltungsgleichungen erfordern würde，sind weitestgethend unkannt. Deshalb bieten sich stochastische Ansätze für die Lösung der Transportgleichung für die Teilchenzahl（population balance equation（PBE）oder generalized dynamic equation（GDE））an，da Interaktionen zwischen Teilchen und der Chemie in geschlossener Form vorliegen. Eine Implementierung mit Hilfe einer“stochastic fields”oder einer gewöhnlichen parkelbasierten PDF/Monte Carlo Methode ist jedoch extreme rechenaufwändig. Aus diesem Grunde ist eine LES auch noch nie für die Simulation einer Partikelflammensynthese benutzt沃登。本文介绍了一种在拉曼基本粒子定向工程中用于湍流、粒子群、粒子流和扰动过程定量分析的“稀疏粒子”多重映射条件化（MMC）方法。LES-MMC通过使用LES-PDF/Monte Carlo方法可以有效地降低仿真的复杂性，并且LES的部分合成在某种程度上是可行的。两种解决方案的配置韦尔登：通过一个直接数值模拟（DNS）的实验数据来解决新模型的验证韦尔登。在火焰合成中加入二氧化韦尔登颗粒，其几何构型明显受到湍流和温度对颗粒形态的影响。Dies ermöglicht eine Validierung einer Modellierung，die auch Form und Morphologie der Partikel berücksichtigt.